고화질 스트레처블 디스플레이 상용화 핵심 기술… 웨어러블·전자피부·소프트 로봇 등 적용 기대
휘어지고 접히는 디스플레이를 넘어, 이제는 화면 자체가 고무처럼 자유롭게 늘어나는 스트레처블(Stretchable) 디스플레이 시대가 열리고 있다.
KAIST(총장 배충식)는 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 동아대학교(총장 이해우) 문한얼 교수 연구팀과 공동으로, 잡아당겨도 화면 속 이미지가 왜곡되지 않고 모든 방향으로 같은 비율로 균일하게 늘어나는 오그제틱(auxetic·잡아당길수록 가로와 세로가 함께 넓어지는 구조) 기반의 스트레처블 디스플레이 플랫폼을 구현했다고 밝혔다.
화면을 늘려도 글자와 그림 등 화면 정보가 원래 형태를 유지하는 핵심 기술을 개발하는 데 성공했다는 것이다. 이번 성과는 이미지 왜곡 문제를 해결해 차세대 고화질 스트레처블 디스플레이 상용화를 앞당길 것으로 기대된다는 설명이다.
기존 스트레처블 디스플레이는 신축성 기판(디스플레이를 구성하는 바닥층) 위에 발광 소자를 구현하는 방식이 일반적이다. 그러나 신축성 기판은 한 방향으로 늘어나면 반대 방향으로 폭이 줄어드는 특성이 있어 화면 속 글자와 그림이 납작하게 찌그러지는 한계가 있었다. 이를 해결하기 위해 오그제틱 구조가 적용돼 왔지만, 대부분 화면의 가로·세로 비율을 유지하는 데 그쳐 화면 내부의 글자와 그림은 여전히 왜곡되는 문제가 남아 있었다.
연구팀은 오그제틱 구조와 신축성 기판을 전체 면적으로 붙이는 기존 방식 대신, 정교한 계산을 통해 필요한 위치에만 선택적으로 연결하는 새로운 설계 방식을 제안했다.
기존 방식에서는 오그제틱 구조가 늘어나는 과정에서 발생하는 비틀림 변형이 그대로 기판에 전달돼 화면 내부 이미지가 찌그러지는 문제가 있었다. 반면 연구팀이 개발한 플랫폼에서는 각 영역이 제자리를 기준으로 바깥쪽으로 고르게 이동하도록 설계해 화면 전체 비율뿐 아니라 글자와 그림 등 작은 영역까지 원래 형태를 유지한 채 함께 확장되도록 구현했다.
연구팀은 문자와 그림을 새긴 기판을 가로·세로 방향으로 반복적으로 늘리는 실험을 통해 성능을 검증했다. 기존 방식에서는 패턴이 부분적으로 변형된 반면, 새 플랫폼에서는 글자와 그림의 형태가 안정적으로 유지됐다. 이는 화면 외곽뿐 아니라 내부의 미세한 이미지까지 왜곡 없이 균일하게 확장할 수 있음을 입증한 결과다고 KAIST 측은 전했다.
또한 연구팀은 이 플랫폼 위에 LED 어레이(여러 개의 LED를 일정한 간격으로 배열한 구조)를 집적해 실제 스트레처블 디스플레이로서의 성능도 검증했다. 가로·세로 방향으로 각각 15%까지 늘어나더라도 전기가 안정적으로 흐르고 화면 밝기가 유지됐으며, 15%까지 늘리는 동작을 반복한 뒤에도 밝기 감소가 2% 미만에 그쳐 실제 디스플레이 적용 가능성을 확인했다.
이번 기술은 향후 웨어러블 전자기기와 전자피부(e-skin·피부처럼 늘어나며 감지와 정보 표시가 가능한 전자소자), 의료용 바이오센서, 소프트 로봇, 자동차 및 항공기용 곡면 디스플레이 등 형태가 자유롭게 변하는 차세대 전자기기의 핵심 플랫폼 기술로 활용될 것으로 기대된다는 설명이다.
KAIST 유승협 교수는 "스트레처블 디스플레이가 실제 정보 표시 장치로 활용되기 위해서는 단순히 잘 늘어나는 것뿐 아니라 늘어나는 과정에서도 화면 속 정보가 정확하게 유지돼야 한다"며, "이번 플랫폼은 화면의 작은 영역부터 전체 화면까지 균일한 확장을 구현해 고해상도 스트레처블 디스플레이 상용화를 앞당길 핵심 기반 기술이 될 것"이라고 말했다.
KAIST 김수본 박사와 김준호 박사가 공동 제1저자로 연구를 주도했으며, 동아대학교 문한얼 교수와 KAIST 유승협 교수가 공동 교신저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 6월 10일 자에 게재됐다.
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